6.2.3. Временно́е объединение цифровых потоков

Как было показано в п. 6.1, формирование агрегатного сигнала на второй и последующих ступенях плезиохронной иерархии осуществляется путем объединения цифровых потоков систем более низкого порядка. При этом возможны различные способы объединения компонентных сигналов. А именно, посимвольный (поразрядный или побитовый); поканальный (по кодовым группам каналов или побайтовый); посистемный (по циклам объединяемых потоков). Данный ряд может быть продолжен.

Наиболее простым, экономичным и широко применяемым способом является поразрядное объединение. При использовании данного метода формирование группового сигнала производится путем периодического чередования битов поступающих компонентных потоков, т. е. импульсы объединяемых цифровых сигналов укорачиваются и распределяются во времени так, чтобы в освободившихся интервалах могли разместиться вводимые импульсы других систем, а также различные служебные сигналы, в частности, сигнал синхронизации (рис. 6.9).

Рис. 6.9. Формирование группового цифрового потока

при посимвольном объединении

Вторая классификация способов объединения предусматривает два варианта – сопряжение цифровых потоков может быть синхронным и асинхронным. При синхронном объединении задающие генераторы

231

источников компонентных сигналов и аппаратуры временно́го группообразования синхронизированы между собой, а следовательно, частоты генераторов, с учетом их нестабильности, будут меняться согласованно.

При асинхронном сопряжении задающие генераторы работают независимо, и отклонения их частот от номинальных значений не связаны между собой.

Как правило, в аппаратуре временно́го группообразования ЦСП PDH используется асинхронное мультиплексирование. Это связано с тем, что источники компонентных сигналов часто располагаются не в одном месте (в отличие от рассмотренного выше случая формирования первичного цифрового потока 2048 кбит/с), а на значительных расстояниях друг от друга, и поэтому осуществить их синхронизацию достаточно трудно.

Таким образом, объединяемые потоки обычно поступают от независимых источников информации с одинаковыми номинальными, но фактически отличающимися друг от друга скоростями передачи. Допустимая величина отклонения скорости потока от номинального значения определяется нестабильностью задающего генератора и строго нормируется в соответствии с рекомендациями МСЭ. Так, для первичного потока тактовая частота может меняться в пределах ±50 миллионных долей от номинального значения, т. е. fт = 2048(1 ± 50∙10–6) кГц;

для вторичного – fт = 8448(1 ± 30 ∙ 10–6) кГц; для третичного – fт = 34368(1 ± 20∙10–6) кГц и для четверичного – fт = 139264(1 ± 15∙10–6) кГц.

Так как компонентные сигналы поступают одновременно, и используется асинхронное сопряжение, а в основе процесса мультиплексирования лежит принцип временно́го разделения, то при объединении цифровые потоки записываются в запоминающее устройство (ЗУ), а затем считываются, образуя групповой цифровой поток. Исходя из этого, как раз и становится очевидным тот факт, что наиболее экономичным, с точки зрения требуемого объема памяти, является поразрядное объединение.

Каждый компонентный сигнал записывается в отдельное ЗУ с частотой записи fзап, которая соответствует тактовой частоте данного сигнала, а считывается с частотой fсч, определяемой скоростью агрегатного потока. Таким образом, при асинхронном сопряжении частоты записи компонентных потоков различны, а частота считывания одинакова для всех потоков.

232

При мультиплексировании частота считывания всегда выбирается выше частоты записи. Это объясняется необходимостью передачи дополнительной служебной информации (сигналов цикловой синхронизации, служебной связи и др.). В соответствии с этим, частоту считывания можно представить в виде суммы

fсч = fсч.и+ fсл ,

где fсч.и – частота считывания информационных символов; fсл – частота следования служебных символов.

Так как fсч > fзап, то возникают моменты, когда память опустошается. В этих случаях происходят так называемые временны́е сдвиги, показанные на рис. 6.10. Для большей наглядности здесь представлен вариант, когда в качестве ЗУ используется одна ячейка памяти.

Импульсы

записи

Tзап

Импульсы

считывания

Tсч

Временны́е сдвиги

Рис. 6.10. К понятию временны́х сдвигов

Как следует из рисунка, максимальное значение разности между моментами записи и считывания наблюдается сразу после возникновения временно́го сдвига и при Tсч близком к Tзап (Tзап ≈ Tсч) стремится по величине к значению периода считывания Tсч. А далее, после каждого цикла запись/считывание эта разность уменьшается на величину (Tзап−Tсч), т. е. считывание как бы «догоняет» запись, и следующий временно́й сдвиг произойдет, когда из разностей (Tзап−Tсч) будет накоплен целый период считывания Tсч.

233

Цикл передачи ИКМ-120, представленный на рис. 6.11, содержит 1056 импульсных позиций, из которых 1024 занимают информационные символы, и 32 – служебные. Весь цикл разбит на 4 группы. В каждой группе 264 позиции, 256 из которых отведены под передачу информационных сигналов, а 8 позиций занимают служебные сигналы. Таким образом, в каждой группе передается 64 символа от каждого из четырех компонентных потоков.

Отношение fзап /( fсч− fзап) = 32, а следовательно, временны́е сдвиги будут появляться периодически, причем, между соседними сдвигами будет 32 корректно записанных и считанных символа, т. е. на каждую группу приходится по 2 временны́х сдвига. Чтобы компенсировать эти сдвиги, запись должна опережать считывание как минимум на 2 периода считывания.

Пусть запоминающее устройство содержит пять ячеек памяти, в которые последовательно записываются информационные символы. После заполнения всех ячеек памяти первыми пятью символами процесс записи циклически повторяется, т. е. вместо первого символа будет записан шестой, вместо второго – седьмой и т. д. Управляют записью импульсы, поступающие от распределителя записи, на вход которого подается импульсная последовательность с частотой fзап (2048 кГц). Считывание производится импульсами, поступающими с соответствующих выходов распределителя считывания, и так же, как и запись, циклически повторяется.

235

Прежде чем непосредственно перейти к механизму компенсации временны́х сдвигов во вторичной системе, для более глубокого его понимания, рассмотрим, как влияет на возникновение сдвигов увеличение количества ячеек памяти.

Предположим, что считывание отстает от записи на Tсч, иными словами, сначала символ записывается в данную ячейку, а затем считывается из нее. Тогда, с учетом цикличности записи и считывания, на момент, предшествующий возникновению временно́го сдвига, состояние ЗУ будет, как показано на рис. 6.12, т. е., к данному моменту, 32 символа будут корректно записаны и считаны.

Ячейки памяти

Рис. 6.12. Состояние ЗУ

Далее поступает 33-й импульс считывания, опережающий 33-й импульс записи, и происходит временно́й сдвиг, при котором из третьей ячейки памяти (рис. 6.12) снова считывается 28-й символ, что приводит к ошибке в последовательности считанных символов (рис. 6.13).

Как видно из рисунка, после первого временно́го сдвига считывание отстает от записи на 5 тактов (Tсч). Через 32 цикла запись/считывание эта разница сократится до 4 тактов, но нарушения регулярности следо-

236

вания считанных символов, при этом, не произойдет. Еще через 32 – разность уменьшится до 3 тактов и т. д. В итоге, ошибка снова возникнет лишь после 5 × 32 корректно записанных и считанных символов.

Временны́е сдвиги

Рис. 6.13. Последовательности записанных и считанных символов до и после временно́го сдвига

Таким образом, увеличение объема ЗУ до 5 ячеек приводит к увеличению в 5 раз периода следования временны́х сдвигов, вызывающих нарушения в считанной последовательности.

Теперь, учитывая структуру цикла вторичной системы и тот факт, что запись должна опережать считывание как минимум на 2 Tсч, можно полагать, что оптимальным на момент начала считывания информационных символов будет такое состояние ЗУ, когда сначала производится запись, например, в 5-ю ячейку, и лишь затем, считывание из 3-й ячейки (рис. 6.14, а).

Тогда механизм компенсации временны́х сдвигов будет функционировать следующим образом: если указанное состояние ЗУ соответствует моменту времени t0 (рис. 6.11), то в момент t1 произойдет временно́й сдвиг, и установится состояние ЗУ как на рис. 6.14, б (нумерация ячеек произвольная, например, 12345 или 51234). Далее, в точке t2, которая соответствует окончанию первой группы (рис. 6.11), возникнет следующий временно́й сдвиг, и разница между записью и считыванием будет составлять не более одного такта (рис. 6.14, в). В этот момент считывание останавливается, и начинается передача служебных символов второй группы (рис. 6.11), запись при этом продолжается.

Так как 8 тактовых интервалов вторичного потока по длительности примерно соответствуют 2-м тактовым интервалам первичного потока, то за время передачи служебных сигналов в ЗУ будут записаны 2 информационных символа, т. е. запись вновь будет опережать считывание

237

более, чем на 2 Tсч, а следовательно, к моменту t3 (рис. 6.11) восстановится начальное состояние ЗУ (рис. 6.14, а). В дальнейшем процесс повторяется.

* – заполненная ячейка

Рис. 6.14. Состояния ЗУ

Таким образом, с помощью ЗУ, при заданной структуре цикла и выполнении условия fзап /(fсч − fзап) = 32, осуществляется полная компенсация временны́х сдвигов.

Однако, следует заметить, что все полученные результаты относят-

ся к случаю, когда fзап /(fсч − fзап) – целое число (либо, как будет показано ниже, это число должно быть рациональным), и в строгом соответ-

ствии с этим значением определена структура цикла, а кроме того предполагается, что величина отношения fзап /(fсч − fзап) в процессе работы системы не меняется, т. е. используется синхронное объединение, а следовательно, частоты fзап и fсч изменяются согласованно.

Невыполнение хотя бы одного из этих трех условий приводит к тому, что описанный выше механизм компенсации не позволяет полностью устранить временны́е сдвиги. В результате, происходит либо опустошение, либо переполнение памяти, т. е. в считанной импульсной последовательности появляются ошибки (проскальзывания).

238

Так, например, если структура цикла определена как в рассмот-

ренном ранее примере, а fзап и fсч таковы, что fзап/(fсч − fзап) = 31, то даже при синхронном мультиплексировании будет происходить опустоше-

ние памяти, а если fзап/(fсч − fзап) = 33, то переполнение. Убедиться в этом можно, определив количество временны́х сдвигов, приходящихся на одну группу.

В случае, когда значения fзап и fсч выбраны так, что fзап/(fсч − fзап) – дробное число, периодичность следования временны́х сдвигов наруша-

ется, и в считанной импульсной последовательности возникают неоднородности, выражающиеся в изменении на единицу числа корректно записанных и считанных символов между соседними временны́ми сдвигами (рис. 6.15). Количество символов между соседними сдвигами

находится как R = П[ fзап/( fсч − fзап)], где П – операция округления до ближайшего целого.

Импульсы

записи

Tзап

Импульсы

считывания

Tсч

Рис. 6.15. К понятию неоднородностей

Если fзап/(fсч − fзап) – число рациональное, т. е. fзап/( fсч − fзап) = k/m, где k и m – целые числа, и при этом не меняется во времени, что со-

ответствует синхронному объединению, то процесс возникновения неоднородностей является периодическим с периодом, определяемым разностью

[ fзап/( fсч − fзап)] – П[ fзап /( fсч − fзап)] = ± [n/l ],

где l – число временны́х сдвигов, составляющих период возникновения неоднородностей; n – число неоднородностей на периоде.

239

Знак разности показывает направление изменения числа символов между соседними временны́ми сдвигами при возникновении неоднородности: при положительной разности происходит увеличение количества символов, а при отрицательной – уменьшение.

Физический смысл сказанного становится более наглядным, если от fзап и fсч перейти к Tзап и Tсч. Пусть, например, fзап/fсч = Tсч/Tзап = 12/19,

тогда 19Tсч = 12Tзап. Это означает, что за один и тот же промежуток времени поступают 12 импульсов записи и 19 импульсов считывания,

следовательно, 12 символов будут записаны и считаны корректно, а оставшиеся 7 импульсов считывания как раз и порождают 7 временны́х сдвигов.

Следует заметить, что 12 символов не могут быть равномерно распределены между временны́ми сдвигами, т. е. возникают неоднородности. Как нетрудно видеть, в данном случае, будут появляться 2 неоднородности, так как для равномерного размещения не хватает двух символов, а само распределение может быть, например, следующим – рис. 6.16.

Импульсы

записи

Tзап

Импульсы

считывания

Tсч

Период возникновения неоднородностей

Рис. 6.16. Пример распределения неоднородностей

Аналогичный результат будет получен, если воспользоваться приведенным выше выражением, а именно:

[fзап/(fсч – fзап)] = [Tсч/(Tзап – Tсч)] = 12/7,

тогда

R = П[fзап/(fсч – fзап)] = П[Tсч/(Tзап – Tсч)] = 2

и

[fзап/(fсч – fзап)] – П[fзап/(fсч – fзап)] = [12/7] – 2 = –2/7.

240

Таким образом, период возникновения неоднородностей будет составлять 7 временны́х сдвигов, из которых 2 с неоднородностью. Число символов между временны́ми сдвигами равно двум, а при появлении неоднородности оно уменьшается до единицы, о чем свидетельствует знак разности.

Периодичность неоднородностей позволяет использовать для их устранения уже рассмотренный метод компенсации временны́х сдвигов при условии, что объем памяти соответствует периоду возникновения неоднородностей. Так, в приведенном выше примере объем ЗУ должен быть более 7 ячеек памяти.

Если fзап/(fсч − fзап) – число иррациональное, т. е. fзап/( fсч − fзап) ≠ k/m, то периодичность неоднородностей нарушается, а следовательно, лока-

лизовать их с помощью упомянутого выше алгоритма компенсации не представляется возможным.

При асинхронном объединении, частоты записи и считывания изменяются в некоторых пределах независимо друг от друга и могут принимать значения

где fзап. н , fсч. н – номинальные значения частот записи и считывания; fзап. max , fсч. max – максимальные отклонения частот записи и считы-

вания от их номинальных значений.

Тогда, каковы бы ни были fзап. н и fсч. н, отношение fзап/(fсч − fзап) в процессе работы системы меняется во времени случайным образом.

В результате, возникают неоднородности, распределенные также по случайному закону.

Обратимся вновь к приведенному выше примеру формирования вторичного потока и рассмотрим, каким образом на работу системы влияет нарушение равенства fзап/(fсч − fзап) = 32.

Пусть fзап = fзап. н, а fсч > fсч. н. Для большей наглядности будем полагать, что при текущих значениях fзап и fсч fзап/(fсч − fзап) = 31,5, тогда

П[fзап/(fсч − fзап)] = 32 и [fзап/(fсч – fзап)] − П[fзап/(fсч – fзап)] = 31,5 – 32 = –1/2, т. е. число корректно записанных и считанных символов между соседними

241

временны́ми сдвигами равно 32, а при возникновении неоднородности – 31. Хотя в реальных системах, при максимальных отклонениях

fзап и fсч от их номинальных значений, отношение fзап/(fсч − fзап) приблизительно равно 31,9, принятое допущение не влияет на конечный ре-

зультат, а поэтому является приемлемым.

Допустим, что отношение fзап/(fсч − fзап) становится равным 31,5 в момент t0 (рис. 6.17), тогда в t1 возникнет первый в данной подгруппе временно́й сдвиг (с неоднородностью), а в момент t2 – второй. Далее, после возобновления считывания в t3, с учетом накопленного в предыдущей подгруппе такта, следующий временно́й сдвиг произойдет в момент t4, т. е. после считывания 30-го символа. Второй сдвиг в данной подгруппе возникнет в t5, и, таким образом, до момента очередной остановки считывания будет накоплено 2 такта.

Рис. 6.17. К примеру возникновения неоднородностей при формировании вторичного потока

Если этот процесс смещения временны́х сдвигов продолжить, то наступит момент, когда на одну подгруппу будет приходиться 3 сдвига, например, в t6, t7, t8, и в результате произойдет опустошение памяти.

Аналогично можно рассмотреть задачу, когда fзап/(fсч − fзап) = 32,5. В этом случае, как нетрудно видеть, будет происходить переполнение памяти.

242

С учетом введенных ранее обозначений, условие, при котором будет происходить опустошение памяти, можно представить в виде нера-

венства [fзап /(fсч − fзап)] < [fзап. н /(fсч. н − fзап. н)]. В случае, когда рассматривается переполнение памяти, знак неравенства меняется на противо-

положный, т. е. [fзап /(fсч − fзап)] > [fзап. н /(fсч. н − fзап. н)].

Исключение или добавление импульса считывания позволяет, соответственно, уменьшить или увеличить среднее значение fсч, в результате чего неравенства переходят в равенство, и таким образом, с учетом компенсации временны́х сдвигов, число импульсов считывания, в среднем, становится равным числу импульсов записи.

Остановка считывания реализуется с помощью формирования запрета одного импульса считывания, что равносильно размещению на позиции, предназначенной для передачи информационного сигнала, одного балластного символа, который не несет никакой информации. Данный символ (вставка) вводится в информационный сигнал в момент поступления сигнала запрета и на приемной стороне должен быть удален. Подобное согласование скоростей, связанное с добавлением в информационный сигнал балластного символа, называется положительным, а сам символ – положительной вставкой.

В отличие от положительного согласования скоростей, дополнительное считывание реализуют путем формирования дополнительного импульса считывания, позволяющего разместить «лишний» информационный символ на позиции, которая при отсутствии согласования занята балластным символом. Данная операция эквивалентна изъятию одного информационного символа и передаче его по отдельному каналу, с последующим восстановлением целостности компонентного сигнала на приемной стороне. Такое согласование скоростей называют отрицательным, а изъятый символ – отрицательной вставкой.

При осуществлении операции цифрового выравнивания, для восстановления временны́х соотношений в выделенных компонентных потоках на стороне приема, в состав группового сигнала на передающей стороне должны быть включены служебные символы управления выравниванием – команды согласования скоростей (КСС), несущие информацию о том, выполнялось ли согласование скоростей, и если выполнялось, то какое. На основе переданных КСС, на приеме, будут либо удалены, либо дополнительно считаны символы-вставки.

244

Принятие решения о выполнении операции согласования скоростей осуществляется с помощью временно́го детектора, который отслеживает изменение временно́го интервала между импульсами записи и считывания, поступающими на одну и ту же ячейку памяти, и таким образом, определяет момент возникновения и знак неоднородности. При этом, несмотря на случайный характер распределения неоднородностей, а соответственно, и моментов принятия решения о выравнивании, операции согласования выполняются в детерминированные моменты времени, определяемые структурой цикла, т. е. символы-вставки располагаются на строго определенных позициях в цикле, что позволяет упростить реализацию процесса согласования скоростей, и минимизировать количество передаваемой служебной информации.

Фиксация позиций вставок порождает так называемое время ожидания, под которым понимают задержку между принятием решения о цифровом выравнивании и его реализацией. Следует заметить, что из-за наличия времени ожидания, неоднородность, в общем случае, может возникнуть до момента выполнения операции согласования. Чтобы этого не происходило, решение об осуществлении цифрового выравнивания принимается заранее, когда интервал между импульсами записи и считывания становится меньше Tсч /2, а время ожидания компенсируют, увеличивая объем памяти ЗУ.

Рассмотрим реализацию механизма двухстороннего (положитель- но-отрицательного) согласования скоростей на примере формирования вторичного потока. Структура стандартного цикла цифрового потока со скоростью 8448 кбит/с представлена на рис. 6.18.

Как видно из рисунка, позиции, предназначенные для выполнения согласования скоростей, расположены в 4-й группе: с 5-го по 8-й разряды отведены для отрицательного согласования, а с 9-го по 12-й – для положительного. Таким образом, каждому из четырех компонентных сигналов соответствуют 2 разряда: 1-й поток – 5-й и 9-й разряды, 2-й поток – 6-й, 10-й, и т. д.

Команды согласования скоростей (КСС), представляющие собой трехразрядные кодовые комбинации, передаются на позициях 1– 4 разрядов во второй, в третьей и четвертой группах. Вопросы, связанные с формированием и передачей КСС, будут подробно рассмотрены ниже.

245

Рис. 6.18. Структура цикла цифрового сигнала

со скоростью передачи 8448 кбит/с с использованием двухстороннего согласования скоростей

При отсутствии согласования скоростей считывание из ЗУ в 4-й группе, например, для 1-го компонентного сигнала, начинается в момент времени, соответствующий позиции 9-го разряда, и, таким образом, начиная с данной позиции, будут передаваться информационные символы.

246

Положительное согласование, предусматривающее дополнительную остановку считывания, выполняется путем смещения момента начала считывания 1-го потока с 9-й позиции на 12-ю. Иными словами, информационные символы данного потока будут располагаться в 4-й группе, начиная с позиции 12-го разряда, а 9-й разряд будет занят балластом.

Необходимо отметить, что в обоих случаях 5-й разряд также заполнен балластом.

При отрицательном согласовании момент начала считывания в 4-й группе сдвигается на позицию 5-го разряда (для 1-го компонентного потока), т. е., в отличие от положительного согласования, сдвиг осуществляется в обратном направлении. В результате, на данной позиции вместо балласта будет находиться информационный символ.

Следует обратить особое внимание на то, что при согласовании скоростей, как положительном, так и отрицательном, структура информационного сигнала не нарушается, т. е. операция согласования представляет собой смещение момента начала считывания информационного сигнала в ту или иную сторону.

Помимо ЦСП с двухсторонним положительно-отрицательным согласованием скоростей, существуют системы и с односторонним положительным согласованием. Структура стандартного цикла вторичного потока с использованием одностороннего положительного цифрового выравнивания представлена на рис. 6.19.

В данном случае частота считывания информационных символов fсч.и выбирается заведомо большей, чем частота записи fзап. н (применительно ко вторичному потоку fсч.и ≈ 2052,2 кГц). Тогда, с учетом нестабильностей

частот записи и считывания, fзап. н + fзап. max < fсч. и – fсч. и. max, а следовательно, возможность переполнения памяти исключается. Это обстоя-

тельство позволяет ограничиться выполнением лишь положительного согласования, и тем самым упростить реализацию аппаратуры мультиплексирования.

Однако следует заметить, что системы с двухсторонним согласованием имеют ряд преимуществ, основным из которых является возможность работы, как в асинхронном, так и в синхронном режиме, что принципиально невозможно обеспечить при одностороннем согласовании скоростей. Данное преимущество становится особенно важным

247

при построении цифровой сети связи, включающей в себя как цифровые системы передачи (ЦСП), так и цифровые системы коммутации (ЦСК). В связи с этим, если в ЦСП PDH используются оба рассмотренных варианта согласования скоростей, то в системах, относящихся к SDH, применяется только двухстороннее согласование.

Рис. 6.19. Структура цикла цифрового сигнала со скоростью передачи 8448 кбит/с с использованием одностороннего (положительного) согласования скоростей

248

Как уже было сказано выше, восстановление исходных компонентных сигналов на приемной стороне осуществляется на основе анализа поступающих с передающей стороны команд согласования скоростей (КСС).

Так, при одностороннем согласовании необходимо передавать информацию о двух возможных состояниях: отсутствие вставок, наличие вставки; а следовательно, для передачи одной команды достаточно одного разряда, например, отсутствие вставок – «0», наличие вставки – «1».

Реализация двухстороннего цифрового выравнивания, в общем случае, предполагает использование трех команд: отсутствие вставок, наличие положительной вставки, наличие отрицательной вставки, и, в соответствии с этим, команды будут представлять собой уже двухразрядные кодовые комбинации. Однако число символов в команде всегда уменьшают путем перехода от трехкомандной системы согласования скоростей к двухкомандной. При этом состояние «отсутствие вставок» передается чередованием команд о наличии положительных и отрицательных вставок ( + − + − + − ), а состояние «наличие положительной вставки» или «наличие отрицательной вставки» – соответствующими сдвоенными командами: (+ +) или (− −) в зависимости от знака операции согласования скоростей. Таким образом, при двухстороннем согласовании, так же, как и при одностороннем, каждая команда (+ или −) может быть передана с помощью одного символа (разряда).

Однако следует заметить, что использование одного символа для передачи команды, не позволяет обеспечить требуемую помехоустойчивость КСС, а поэтому команды передаются трехразрядными кодовыми комбинациями: «+» – 111, «−» – 000. Введение избыточности дает возможность исправлять одиночные ошибки и, тем самым, значительно увеличить помехоустойчивость команд. Кроме того, как видно из рис. 6.18 (рис. 6.19), разряды, относящиеся к одной команде, разнесены между собой во времени на 264 (212) тактовых интервала, что обеспечивает дополнительное увеличение помехоустойчивости КСС, например, по отношению к импульсным помехам.

Прием КСС осуществляется по мажоритарному принципу (принцип голосования), т. е. кодовые группы вида 111, 110, 101, 011 принимаются как команда «+», а кодовые группы 000, 001, 010, 100 – как

249

команда «−». В соответствии с этим, ошибка в команде может произойти лишь в случае искажения двух или трех символов, а следовательно, если вероятность ошибочного приема символа равна pош =10−6 , то вероятность ошибки в команде составит

C33 pош3 +C32 pош2 (1− pош) =1 10−18 +3 10−12 −3 10−18 = 3 10−12 −2 10−18 .

Помимо рассмотренной процедуры исправления ошибок, основанной на использовании избыточности, искаженные команды в системах с двухсторонним согласованием скоростей могут быть также обнаружены с помощью анализа трех последовательно переданных команд. А именно, при искажении одной из чередующихся команд образуется последовательность из трех команд одного знака: при искажении отрицательной команды образуется последовательность из трех положительных команд, а при искажении положительной команды – последовательность из трех отрицательных команд. В неискаженном сигнале о наличии вставок строенные команды одного знака отсутствуют, что позволяет, используя данный признак, обнаружить и скорректировать практически любое искажение чередующихся команд, т. е. последовательности команд «+ + +» и «– – –» преобразуются на приемной стороне в «+ – +» и «– + –» соответственно.

Сигнал о наличии вставки содержит последовательности команд «+ + –» или «– – +». Как нетрудно видеть, при искажении одной из сдвоенных команд формируется сдвоенная команда противоположного знака («– – +» или «+ + –» соответственно), которая в общем случае не может быть опознана как ложная. Чтобы устранить подобный недостаток, на приемную сторону, помимо КСС, необходимо передавать информацию о знаке изменения временно́го интервала между сигналами записи и считывания, поступающими на одну и ту же ячейку памяти. Для передачи данной информации, как правило, используют позиции 5–8-го разрядов в 4-й группе (рис. 6.18), которые при отсутствии согласования скоростей заполнены балластом. В этом случае каждая сдвоенная команда несет в себе информацию только о наличии вставки, а решение о знаке согласования скоростей принимается на основе многократно передаваемой информации о знаке изменения временно́го интервала между сигналами записи и считывания.

250

Разделение (демультиплексирование) на приемной стороне агрегатного сигнала на компонентные с восстановлением их первоначальных скоростей осуществляется с помощью механизма запись/считывание, подобного тому, что используется на передаче в процессе мультиплексирования потоков. А именно, каждый компонентный сигнал записывается в отдельное запоминающее устройство (ЗУ). При этом если на передающей стороне операции согласования скоростей выполнялись путем исключения или добавления одного импульса считывания, то на стороне приема – наоборот, в соответствии с полученной командой (КСС), исключается или добавляется один импульс записи, что как раз и позволяет удалить либо дополнительно записать в ЗУ символ-вставку.

Последовательность импульсов записи формируется генераторным оборудованием на стороне приема. В данном случае, естественно, полагаем, что оборудование передающей и приемной оконечных станций работает синхронно, а следовательно, моменты поступления информационных символов, относящихся к данному потоку, и импульсов, управляющих записью этого потока в ЗУ, совпадают.

Так как информационные символы из-за наличия служебных сигналов распределены в цикле неравномерно (например, как на рис. 6.18), то и регулярность потока импульсов записи также нарушается, а поэтому даже в режиме отсутствия согласования скоростей частота записи fзап периодически изменяется.

Считывание из ЗУ осуществляется с частотой fсч, равной средней частоте записи. Формируется последовательность импульсов считывания устройством фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), основными элементами которого являются генератор, управляемый напряжением (ГУН), временно́й детектор (ВД) и ФНЧ. На один из входов ВД подается эталонный сигнал, в качестве которого используется последовательность импульсов записи, а на другой – последовательность импульсов считывания от ГУН. Сигнал с выхода временно́го детектора проходит через фильтр и поступает на управляющий вход генератора, что как раз и обеспечивает подстройку частоты ГУН под эталон. Следует заметить, что периодическое изменение fзап не влияет на работу ГУН, так как высокочастотные колебания fзап подавляются системой ФАПЧ.

251

При приеме команды о положительном цифровом выравнивании, в момент выполнения КСС формируется сигнал запрета одного импульса записи, поступающего на ЗУ от генераторного оборудования, и, таким образом, балластный символ (положительная вставка) исключается.

По сигналу о наличии отрицательной вставки, в момент выполнения команды согласования, формируется дополнительный импульс записи, обеспечивающий сохранение в запоминающем устройстве «лишнего» информационного символа (отрицательной вставки).

Очевидно, что подобное уменьшение или увеличение числа импульсов записи приводит к изменению среднего значения частоты fзап, а соответственно изменяется и частота следования импульсов считывания fсч. В результате происходит восстановление первоначальной скорости переданного компонентного потока.

Однако следует заметить, что использование механизма согласования скоростей порождает так называемые фазовые дрожания, представляющие собой отклонения элементов цифрового сигнала от своих идеальных временны́х позиций. А поэтому, восстановление начальной скорости будет неидеальным, т. е. фактическое положение символов компонентного потока на приемной стороне не будет совпадать с временны́ми позициями, которые имели место в источнике этого сигнала.

В качестве причин, порождающих фазовые дрожания, выделяют: наличие разности fсч. и − fзап, приводящей, в конечном итоге, к необходимости выполнения согласования скоростей; наличие времени ожидания. При этом в системах с двухсторонним согласованием преобладают дрожания фазы, вызванные первой причиной (разность fсч. и − fзап мала и не подавляется ФАПЧ), а в ЦСП с односторонним цифровым выравниванием – второй причиной.

Вопросы, связанные с возникновением фазовых дрожаний и их влиянием на качество передачи сигналов в ЦСП, будут рассмотрены далее, при анализе работы системы тактовой синхронизации.

252